鋼筋工程新技術(shù)——鋼筋卷網(wǎng)
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顧 巍
（BRC亞洲有限公司，新加坡619530）
[摘要]鋼筋卷網(wǎng)技術(shù)是用專門的焊網(wǎng)機(jī)將直條鋼筋電阻點(diǎn)焊在橫向薄鋼帶上形成一捆卷網(wǎng)，是一種全面整合了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工過(guò)程的鋼筋工程新技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，2010年德國(guó)又研制成承受動(dòng)載的鋼筋卷網(wǎng)。卷網(wǎng)可用作基礎(chǔ)底板、樓板、公路路面、橋面及其他板類構(gòu)件的配筋。工程師可通過(guò)有限元分析軟件優(yōu)化鋼筋設(shè)計(jì)、自動(dòng)生成卷網(wǎng)圖紙、數(shù)據(jù)文件并下料生產(chǎn)，運(yùn)送至工地布筋位置、打開(kāi)卷網(wǎng)滾動(dòng)布筋，鋪網(wǎng)速度極快。鋼筋卷網(wǎng)與傳統(tǒng)手工綁
扎鋼筋相比可縮短安裝時(shí)間60%～70%，降低鋼筋用量5% ~10%及減輕現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。還介紹了鋼筋卷網(wǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史以及在歐洲和大洋洲的工程應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]鋼筋卷網(wǎng)；動(dòng)載鋼筋卷網(wǎng)；有限元分析；底板；樓板；路面
[中圖分類號(hào)] TU755.3+2[文章編號(hào)]1002-8498(2016)11-0117-05
1概述
鋼筋卷網(wǎng)是一家德國(guó)公司在1994年初基于鋼筋混凝土樓板配筋發(fā)明的一套高效鋼筋技術(shù)。這種卷網(wǎng)主要用于建筑物的基礎(chǔ)底板、樓板和連續(xù)配筋混凝土公路路面、橋面，在墻體中也有少量應(yīng)用。
從1994年初開(kāi)始，鋼筋卷網(wǎng)發(fā)明人開(kāi)展了一些宣傳推廣工作；并在同年9月于德國(guó)南部一家小別墅式旅館進(jìn)行了卷網(wǎng)的第一次試用。最初階段的鋼筋卷網(wǎng)是用手工焊接的。
1996年另一家德國(guó)公司推出了基于有限元理論計(jì)算的鋼筋卷網(wǎng)CAD設(shè)計(jì)軟件。目前大約有8家公司參與提供類似的卷網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件。
1997年德國(guó)一家機(jī)械制造公司推出專門的鋼筋卷網(wǎng)生產(chǎn)線（見(jiàn)圖1），主要包括兩部分：卷網(wǎng)自動(dòng)焊接機(jī)和鋼筋調(diào)直切割機(jī)，其中焊接機(jī)尺寸約為16. 5m×1.7m×3m（長(zhǎng)×高×寬）。
現(xiàn)在工程師有專門的軟件、可利用有限元理論進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)鋼筋卷網(wǎng)，還可自動(dòng)生成卷網(wǎng)數(shù)據(jù)表和卷網(wǎng)圖紙，并把數(shù)據(jù)傳輸至生產(chǎn)線，自動(dòng)下料生產(chǎn)。再根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度運(yùn)送至工地，依照鋪網(wǎng)圖利用塔式起重機(jī)就位后可快速滾動(dòng)鋪開(kāi)（見(jiàn)圖2)。有些歐洲國(guó)家可以做到及時(shí)到位，即在樓板的鋼筋工程剛開(kāi)始前把卷網(wǎng)運(yùn)送到位。
1998年英國(guó)成為第一個(gè)引進(jìn)鋼筋卷網(wǎng)的國(guó)家，開(kāi)啟了其國(guó)際化進(jìn)程，幾個(gè)月內(nèi)瑞士和奧地利也出現(xiàn)了制造商。隨后的幾年中，荷蘭、愛(ài)爾蘭、意大利、俄羅斯、芬蘭、瑞典等歐洲國(guó)家及澳大利亞都先后引進(jìn)了鋼筋卷網(wǎng)技術(shù)和生產(chǎn)線。目前在全世界約有30家鋼筋卷網(wǎng)生產(chǎn)商，主要分布于歐洲；少量在阿聯(lián)酋、馬來(lái)西亞、澳大利亞和智利。鋼筋卷網(wǎng)符合德國(guó)DIN-488鋼筋標(biāo)準(zhǔn)、歐洲Eurocode標(biāo)準(zhǔn)和英國(guó)BS鋼筋標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2001年10月在德國(guó)舉行了第一屆國(guó)際鋼筋卷網(wǎng)大會(huì)，以后基本上每年舉行一屆。
2鋼筋卷網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)
1)鋼筋卷網(wǎng)考慮有限元軟件設(shè)計(jì)分析，按板各部位所受內(nèi)力的大小，根據(jù)不同的平面形狀可調(diào)整鋼筋的直徑、長(zhǎng)度和間距，進(jìn)行合理配筋。
2)根據(jù)歐洲一些國(guó)家的工程實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，與傳統(tǒng)手工綁扎相比，鋼筋卷網(wǎng)一般可節(jié)省鋼材在5%~15%范圍；與焊接網(wǎng)相比還要多些。例如，英國(guó)一家公司測(cè)算，某6層鋼一混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑，每層1500m2，樓板厚300mm。原設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)手工綁扎鋼筋，1m3混凝土用鋼175kg、每層用鋼筋78. 75t，通過(guò)卷網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化后，1m3混凝土用鋼114kg、每層用鋼51.3t，節(jié)省鋼筋達(dá)35%。
考慮歐洲的結(jié)構(gòu)構(gòu)件含鋼量較大，且構(gòu)造連接配筋富余，結(jié)合中國(guó)實(shí)際配筋情況，與手工綁扎相比預(yù)計(jì)可省鋼筋5%左右；如與鋼筋焊接網(wǎng)相比，由于卷網(wǎng)鋼筋最大長(zhǎng)度可達(dá)15m、最大展開(kāi)長(zhǎng)度可達(dá)30m，能大量減少鋼筋的搭接量，省鋼筋估計(jì)在10%左右。
3)國(guó)外一些工程統(tǒng)計(jì)，與傳統(tǒng)手工綁扎相比，卷網(wǎng)可節(jié)省鋼筋安裝時(shí)間達(dá)60%~70%。這是目前世界上鋼筋工程中安裝速度最快的方法之一。根據(jù)英國(guó)某建筑公司在艾塞克司市1座辦公樓項(xiàng)目中應(yīng)用1300t卷網(wǎng)，最高鋪網(wǎng)速度達(dá)到11.5 t/d/人。德國(guó)拜羅伊特市某項(xiàng)目工地上更創(chuàng)造了最快鋪裝紀(jì)錄達(dá)4. 54t/h/人。據(jù)多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì)，平均鋪網(wǎng)速度約為2 t/h/人。
4)根據(jù)客戶的具體要求，由計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)線可自動(dòng)下料生產(chǎn)鋼筋卷網(wǎng)。這保證了產(chǎn)品質(zhì)量和使用的最大靈活性，加上現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確地安裝就位，可使鋼筋工程質(zhì)量得到顯著提高。
3鋼筋卷網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)
3.1設(shè)計(jì)
工程師利用專業(yè)的CAD軟件對(duì)板類構(gòu)件配筋進(jìn)行有限元分析計(jì)算，再把鋼筋準(zhǔn)確布置在所需要的結(jié)構(gòu)部位。設(shè)計(jì)軟件能自動(dòng)生成3套圖紙，即鋼筋卷網(wǎng)生產(chǎn)圖、鋪裝圖和總覽圖。此外還有鋼筋卷網(wǎng)數(shù)據(jù)表，包括鋼筋直徑、長(zhǎng)度、間距、根數(shù)、總長(zhǎng)度及總重等。在鋪裝圖3中箭頭表示鋪網(wǎng)方向，沿x方向?yàn)閺挠蚁蜃箐�、y方向?yàn)閺南孪蛏箱仭Ｔ诳傆[圖4中類似于等高線的曲線表示在該曲線上需要同樣的鋼筋截面積，越是靠里的曲線所需鋼筋越多。
所有鋼筋卷網(wǎng)都只能單向受力，其展開(kāi)平面形狀可以是矩形，也可是L形、弧形、扇形或梯形等多種平面形狀。如果樓板原設(shè)計(jì)是雙層雙向通長(zhǎng)配筋，那么一般需要4張卷網(wǎng)，即縱向底網(wǎng)+橫向底網(wǎng)、縱向面網(wǎng)+橫向面網(wǎng)。
3.2卷網(wǎng)主要性能指標(biāo)
鋼筋卷網(wǎng)是用專門焊機(jī)將直條鋼筋電阻點(diǎn)焊在橫向薄鋼帶上。在歐洲，卷網(wǎng)所用鋼筋直徑為8，10，12，14，16，20，25，28，32mm；常選用B500B級(jí)熱軋帶肋鋼筋（屈服強(qiáng)度500MPa，強(qiáng)屈比≥1.08，A g t≥5. 0%)。鋼帶厚1~1.5mm、寬約20mm，其單位長(zhǎng)度重相當(dāng)于ϕ5~ϕ6鋼筋。自動(dòng)焊接機(jī)有10個(gè)焊頭，每個(gè)焊頭對(duì)應(yīng)1條鋼帶，鋼帶間距固定為
1 550mm。
每張卷網(wǎng)開(kāi)始輔以人工點(diǎn)焊兩個(gè)或幾個(gè)ϕ12，ϕ300mm螺旋形鋼筋芯子，接著焊機(jī)可自動(dòng)卷曲鋼帶并焊上其余鋼筋，其外形很像是卷起的地毯。1名工人完全能操作1臺(tái)卷網(wǎng)生產(chǎn)線。
鋼筋卷網(wǎng)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率隨鋼筋直徑和長(zhǎng)度的不同而變化。以ϕ14鋼筋卷網(wǎng)為例，如鋼筋長(zhǎng)10m、共80根鋼筋、鋼筋間距100~150mm，每張卷網(wǎng)重968kg。生產(chǎn)1張卷網(wǎng)耗時(shí)約15 min，每小時(shí)可生產(chǎn)3. 872t;如每天實(shí)際生產(chǎn)16h、每年工作260d，則年產(chǎn)量約為1.6萬(wàn)t。
從單價(jià)角度考慮，ϕ10及以上鋼筋更有經(jīng)濟(jì)效益。如鋼筋直徑≤20mm，可使用盤圈鋼筋全自動(dòng)連續(xù)上料生產(chǎn)，否則就要人工上料。卷網(wǎng)中每根鋼筋的直徑、長(zhǎng)度和鋼筋間距可以不同，這有別于鋼筋焊接網(wǎng)，也體現(xiàn)出其智能化靈活配筋的特點(diǎn)。
由于生產(chǎn)設(shè)備的限制，卷網(wǎng)內(nèi)鋼筋中心最小間距為50mm，最大間距依據(jù)鋼筋混凝土規(guī)范或由設(shè)計(jì)人員決定。卷網(wǎng)中鋼筋最小長(zhǎng)度為1. 65m、最大長(zhǎng)度可達(dá)15m，鋼筋端頭必須伸出橫向鋼帶至少50mm。因?yàn)椴荒艹�，所以卷網(wǎng)最大展開(kāi)長(zhǎng)度一般≤30m。每根鋼筋至少要焊接2條橫向鋼帶，根據(jù)各項(xiàng)目具體情況可去除個(gè)別鋼帶（見(jiàn)圖5）。但是按要求至少有很多交叉點(diǎn)需要焊接，以確保在鋪裝、澆筑及振搗混凝土?xí)r卷網(wǎng)鋼筋的準(zhǔn)確位置。
每張卷網(wǎng)最重一般≤1. 4t，遵守這一規(guī)定可確保工地上2~3名工人便能安全地鋪裝卷網(wǎng)。如有需要，最大重還要參考工地塔式起重機(jī)或吊車能力。當(dāng)?shù)跹b大型卷網(wǎng)時(shí)，為防止吊點(diǎn)處卷網(wǎng)彎曲變形過(guò)大，可在卷網(wǎng)中設(shè)置2~3根大直徑鋼筋，如ϕ16或ϕ20。
每捆鋼筋卷網(wǎng)必須帶有至少1個(gè)綁扎牢固、能經(jīng)受各種天氣狀況的標(biāo)牌。除了卷網(wǎng)送貨地點(diǎn)外，標(biāo)牌還要標(biāo)明鋼筋等級(jí)、制造商工廠編號(hào)和用于確認(rèn)卷網(wǎng)的名稱、訂單號(hào)等信息。
3.3動(dòng)載鋼筋卷網(wǎng)規(guī)定
動(dòng)載卷網(wǎng)于2010年初面世，是卷網(wǎng)生產(chǎn)設(shè)備制造商在其焊頭部位運(yùn)用了創(chuàng)新焊接工藝技術(shù)后，推出的目前鋼筋卷網(wǎng)中的最新產(chǎn)品，即在工程結(jié)構(gòu)中并非主要承受靜荷載的鋼筋卷網(wǎng)。其主要應(yīng)用于公路路面、橋面、塔基座、機(jī)器基座和承受重載交通的板類構(gòu)件等。
動(dòng)載卷網(wǎng)鋼筋直徑范圍為10~32mm，B500B級(jí)鋼筋屈服強(qiáng)度Re≥500MP，抗拉強(qiáng)度R m≥550MP。，強(qiáng)屈比R m/Re≥1. 08，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度的比值≤1. 30，最大力總伸長(zhǎng)率A g t≥5. 0%。當(dāng)直條鋼筋（ϕ10~ϕ32）經(jīng)受100萬(wàn)次疲勞荷載時(shí)，疲勞應(yīng)力變化幅值△σRsk可取130MPa。動(dòng)載卷網(wǎng)首次于2010年在德國(guó)應(yīng)用。與前述普通鋼筋卷網(wǎng)不同，為防止手工點(diǎn)焊影響主筋的疲勞強(qiáng)度，動(dòng)載卷網(wǎng)中的鋼筋芯子與主筋的臨時(shí)連接不得焊接，應(yīng)用手工綁扎。
3.4質(zhì)檢
每家制造商應(yīng)建立并運(yùn)行工廠生產(chǎn)質(zhì)量控制系統(tǒng)。在安裝卷網(wǎng)自動(dòng)生產(chǎn)線后，為證明焊接參數(shù)正確，制造商應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)作為認(rèn)證測(cè)試的一部分，并在以后根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃表定期檢查焊接參數(shù)。對(duì)每個(gè)建筑項(xiàng)目，在生產(chǎn)過(guò)程中每50t鋼筋卷網(wǎng)應(yīng)至少進(jìn)行1個(gè)有焊點(diǎn)的拉力試驗(yàn)。試驗(yàn)記錄應(yīng)最少保存5年。
當(dāng)進(jìn)行靜力拉伸試驗(yàn)時(shí)，焊點(diǎn)處抗拉強(qiáng)度不應(yīng)降低。
4鋼筋卷網(wǎng)的工程應(yīng)用
4.1英國(guó)倫敦希思羅機(jī)場(chǎng)（見(jiàn)圖6）
希思羅機(jī)場(chǎng)為增加客運(yùn)量，對(duì)T2航站樓進(jìn)行擴(kuò)建，一期工程總面積18萬(wàn)m2，于2013年完工。航站樓旁邊有2個(gè)混凝土停機(jī)坪，面積均為45 000m2，厚1. 2m。停機(jī)坪內(nèi)部需要配置8 000t鋼筋，如采用人工鋪放、綁扎的傳統(tǒng)方法將耗時(shí)較多；為加快施工速度，承包商決定采用鋼筋卷網(wǎng)。該停機(jī)坪于2010年5月至201 1年2月施工期間，每周最多有250t卷網(wǎng)運(yùn)至工地。
4.2 法國(guó)貝爾福一蒙貝利亞爾中心醫(yī)院（見(jiàn)圖7）
本工程位于法國(guó)東部，是法國(guó)最現(xiàn)代化的醫(yī)院之一，總面積16.1萬(wàn)m2，工期41個(gè)月。因?yàn)楣て诰o張，所以承包商在85 000m2的樓板中選擇了瑞士某公司生產(chǎn)的鋼筋卷網(wǎng)，共用2 100t鋼筋。與鋼筋焊網(wǎng)相比，卷網(wǎng)節(jié)省材料20%。在施工開(kāi)始階段工地每天安裝600m2，優(yōu)化流程后每天可安裝800m2。使用卷網(wǎng)不但節(jié)省材料、加快施工速度，還可降低鋼筋工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
4.3德國(guó)·肯普滕中心大廈（見(jiàn)圖8）
該重建項(xiàng)目位于德國(guó)南部肯普滕市，于2012年施工，是一棟5層商業(yè)辦公綜合樓，長(zhǎng)66m、寬41m，采用卷網(wǎng)的樓板面積為6 525m2。因施工場(chǎng)地緊張、總工期只有16個(gè)月且原設(shè)計(jì)圖中局部樓板為三角形、配ϕ12~ϕ15鋼筋，無(wú)法使用焊接網(wǎng)，所以承包商選擇鋼筋卷網(wǎng)用作樓板配筋，并要求在樓面鋼筋工程開(kāi)始前將卷網(wǎng)準(zhǔn)時(shí)送到現(xiàn)場(chǎng)。該建筑總共用鋼筋586t，其中樓板內(nèi)卷網(wǎng)用量≥206t。鋼筋卷網(wǎng)應(yīng)用于三角形樓板充分發(fā)揮出其可適應(yīng)不同樓板形狀的優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)圖8b）。
4.4瑞士某體育場(chǎng)（見(jiàn)圖9）
該項(xiàng)目位于瑞士東北部圣加侖市。因?yàn)樵鹊膱?chǎng)地?zé)o法滿足瑞士足聯(lián)的要求，所以決定新建一座現(xiàn)代化多功能體育場(chǎng)。該項(xiàng)目大約有21 000個(gè)座位和超過(guò)1 250個(gè)停車位。此外，為了維持體育場(chǎng)的日常開(kāi)銷，還在其旁邊建設(shè)了約76 500m2的商業(yè)休閑購(gòu)物區(qū)。
該體育場(chǎng)于2005年9月開(kāi)工，工期2年零3個(gè)月。因?yàn)槭┕r(shí)間短、場(chǎng)地狹小，所以承包商決定大量采用預(yù)制構(gòu)件，包括鋼筋卷網(wǎng)。鋼筋卷網(wǎng)總用量剛好>1 000t。
4.5澳大利亞太平洋高速公路部分路面（見(jiàn)圖10）
該高速公路連接悉尼和布里斯班，全長(zhǎng)960km，因交通繁忙需要改擴(kuò)建。2004年9月至2006年11月，在靠近一個(gè)小鎮(zhèn)的地方，兩條長(zhǎng)2. 5km的復(fù)式行車道，在其連續(xù)配筋混凝土路面中首次使用鋼筋卷網(wǎng)。
該路面厚220mm、鋼筋保護(hù)層90mm。其縱向鋼筋采用卷網(wǎng)，直徑16mm、間距130mm。橫向鋼筋直徑12mm、預(yù)先焊在連續(xù)分布的馬凳頂端，馬凳間距500~ 700mm。這一做法更加簡(jiǎn)化并加快了施工速度，而且解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)技術(shù)工人缺乏的問(wèn)題。
4.6 澳大利亞某風(fēng)電場(chǎng)（見(jiàn)圖11）
澳大利亞一家建筑公司在維多利亞州西南承建了目前全澳最大的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，共有4期工程，2007年完工的是風(fēng)電場(chǎng)的第1期。該30MW風(fēng)電場(chǎng)包括20個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，平均每年產(chǎn)生電力100GW .h，可以滿足約16 000戶的需要。
由于工期緊，建筑公司在本工程中采用了鋼筋卷網(wǎng)作為風(fēng)力發(fā)電塔的基座配筋。基座厚度達(dá)1. 7m且配筋很多，鋼筋卷網(wǎng)的長(zhǎng)度和自重剛好滿足要求。每塊基座共需要12個(gè)鋼筋卷網(wǎng)：4個(gè)14. 75m長(zhǎng)、鋼筋直徑32mm、間距300mm，4個(gè)6-14. 75m的不同長(zhǎng)度，另外4個(gè)9m長(zhǎng)。所有卷網(wǎng)由3名鋼筋工人在2~3h內(nèi)吊裝、鋪放完畢。
除了上述工程項(xiàng)目外，還有蘇格蘭地區(qū)的一座皇家醫(yī)院，在2009年施工時(shí)，1800t鋼筋卷網(wǎng)用于65 000多m2樓板中。
在白俄羅斯明斯克，修建1棟5層寫字樓，總面積11 960m2，由于采用卷網(wǎng)技術(shù)，與傳統(tǒng)的配筋方法相比，節(jié)省鋼材約15%、減少安裝時(shí)間約73%。
5 結(jié)語(yǔ)
1)鋼筋卷網(wǎng)是源于德國(guó)的一種高效鋼筋技術(shù)，通過(guò)有限元設(shè)計(jì)軟件，可優(yōu)化板類構(gòu)件配筋、自動(dòng)生成圖紙并下料生產(chǎn)，運(yùn)至工地后快速就位鋪裝。這種卷網(wǎng)最適合大面積基礎(chǔ)底板、樓板和連續(xù)配筋混凝土路面及橋面的配筋。
2)根據(jù)國(guó)外對(duì)不同類型的房屋工程統(tǒng)計(jì)，卷網(wǎng)與傳統(tǒng)手工綁扎相比可節(jié)省鋼材5%~ 15%。結(jié)合中國(guó)情況，預(yù)計(jì)可省鋼筋5%左右，與焊接網(wǎng)相比估計(jì)可省鋼筋約10%。
3)鋼筋卷網(wǎng)大大加快鋪網(wǎng)速度，與手工綁扎相比縮短現(xiàn)場(chǎng)安裝工時(shí)60%～70%，且降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
4)目前，中國(guó)還沒(méi)有鋼筋卷網(wǎng)生產(chǎn)廠家，針對(duì)中國(guó)巨大的各類土建工程項(xiàng)目，如將鋼筋卷網(wǎng)與鋼筋焊接網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì)，因工程制宜，將在建筑、路橋工程及其他領(lǐng)域取得良好效果。
